电机控制与拖动实验指导书.doc

电机控制与拖动实验指导书浙江大学机械电子控制研究所2014.12目录目录1实验一 三相异步电动机的起动与调速2实验二 异步电机的M-S曲线测绘5实验三 三相同步电动机7实验四 直流他励电动机10实验五 交流伺服电机实验14实验六 直流伺服电机实验19实验七 步进电动机实验22实验一 三相异步电动机的起动与调速一实验目的1学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二预习要点1复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2复习异步电动机的调速方法。三实验项目1了解教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及各种电动机的使用方法。2异步电动机的直接起动。3异步电动机星形三角形（Y-）换接起动。4自耦变压器起动。5绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。6绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。2指针式交流电流表。3电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。4电机起动箱（MEL-09）。5鼠笼式异步电动机（M04）。6绕线式异步电动机（M09）。五实验方法1由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。2三相笼型异步电动机直接起动试验。按图1-1接线，电机绕组为接法。起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。a把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。（电机起动后，观察MEL-13中的转速表，如出现电机转向图1-1 异步电机直接起动实验接线图不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）b断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。c断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。d合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达23倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表1-1中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：式中Ik：起动试验时的电流值，A； TK：起动试验时的转矩值，N.m；式中UK：起动试验时的电压值，V； UN：电机额定电压，V；表1-1测 量 值计 算 值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)图1-2 异步电机星形-三角形起动3星形三角形（Y-）起动按图1-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用MEL-05。a起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。b待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。4自耦变压器降压起动按图1-1接线。电机绕组为 接法。a先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。b待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。图1-3 绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图5绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动实验线路如图1-3，电机定子绕组Y形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用MEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，五档），MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。a起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。b合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。c在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。d用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2、5、15的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表1-2中。注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。表1-2 U=180伏Rst（）02515Tst（N.m）Ist（A）6绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速实验线路同前。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。a合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。b调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表1-3中。表1-3 U=220伏 T2= N.mRst（）02515n（r/min）六实验报告1比较异步电动机不同起动方法的优缺点。2由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：(1)外施额定电压UN。（直接法起动）(2)外施电压为UN/。(Y起动)(3)外施电压为UK/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。（自耦变压器起动）。3绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。4绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。 七思考题1起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？2起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？ 实验二 异步电机的M-S曲线测绘一实验目的用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩转差曲线，并加以比较。二预习要点1复习电机M-S特性曲线。2M-S特性的测试方法。三实验项目1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。2绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。四实验原理图2-1 异步电机的机械特性异步电机的机械特性的图2-1所示。在某一转差率Sm时，转矩有一最大值Tm，称为异步电机的最大转矩，Sm称为临界转差率。Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。如果负载转矩TzTm，电动机将承担不了而停转。起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时S=1（n=0）。对于绕线式转子异步电动机，转子绕组串联附加电阻，便能改变Tst，从而可改变起动特性。异步电动机的机械特性可视为两部分组成，即当负载功率转矩TzTN时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当SSm时，机械特性为一曲线，称为机械特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于通风机负载，则在这一特性段上却能稳定工作。在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。五实验设备1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏；2电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）；3电机起动箱（MEL-09）；4三相鼠笼式异步电动机M04；5三相绕线式异步电动机M09。六实验方法1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘被试电机为三相鼠笼式异步电动机M04，Y接法。图2-2 鼠笼式异步电机的M-S测绘接线图G为涡流测功机，与M04电机同轴安装。按图2-2接线，其中电压表采用指针式或数字式均可，量程选用300V档，电流表采用数字式，可选0.75A量程档。起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。实验步骤：（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表2-1。 表2-1UN=220VY接法序号123456789转速（r/min）转矩（n.M）（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩M，转速n，填入表2-2。表2-2UN=220VY接法序 号123456789转速（r/min）转矩（N.M）七实验报告1在方格纸上，逐点绘出各种电机的转矩、转速，并进行拟合，作出被试电机的M-S曲线。2对这些电机的特性作一比较和评价。八思考题电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？实验三 三相同步电动机一实验目的1掌握三相同步电动机的异步起动方法。2测取三相同步电动机的V形曲线。3测取三相同步电动机的工作特性。 二预习要点1三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。2三相同步电动机的V形曲线是怎样的？ 怎样作为无功发电机（调相机）？3三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？ 三实验项目1三相同步电动机的异步起动。2测取三相同步电动机输出功率P20时的V形曲线。3测取三相同步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V 形曲线。4测取三相同步电动机的工作特性。 四实验设备及仪器1实验台主控制屏；2电机导轨及转速测量；3功率、功率因数表（NMCL-001）；4同步电机励磁电源（含在主控制屏左下方，NMEL-19）；5直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）；6三相可调电阻器900（NMEL-03）；7三相可调电阻器90（NMEL-04）；8旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）；9三相同步电机M08；10直流并励电动机M03。五实验方法被试电机为凸极式三相同步电动机M08。1三相同步电动机的异步起动实验线路图如图3-1。实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90电阻。开关S选用NMEL-05。图3-1 三相同步电动机接线图（MCL-11、MEL-11B）同步电机励磁电源（NMEL-19）固定在控制屏的右下部。a把功率表电流线圈短接，把交流电流表短接，先将开关S闭合于励磁电流源端，启动励磁电流源，调节励磁电流源输出大约0.7A左右，然后将开关S闭合于可变电阻器R（图示左端）。b把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。c当转速接近同步转速时，把开关S迅速从左端切换闭合到右端，让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机整个起动过程完毕，接通功率表、功率因数表、交流电流表。2测取三相同步电动机输出功率P20时的V形曲线a按1方法异步起动同步电动机。使同步电动机输出功率P20。b调节同步电动机的励磁电流If并使If增加，这时同步电动机的定子三相电流亦随之增加，直至电流达同步电动机的额定值，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。c调节同步电动机的励磁电流If使If使逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小，直至电流过最小值，记录这时的相应数据，d继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在这过励和欠励范围内读取911组数据。数据记录于表3-1。表3-1 n=1500rmin； U=220V；P20序号三相电流(A)励磁电流(A)输入功率（W）IAIBICIIfPIPIIP12345表中 I = (IA + IB + IC)3P = P+ P3测取三相同步电动机输出功率P20.5 倍额定功率时的V形曲线。a按1方法异步起动同步电动机，调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算： P2 = 0.105nT2 式中 n电机转速，rmin； T2由转矩表读出，Nm。b使同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变，调节同步电动机的励磁电流If使If增加，这时同步电动机的定子三相电流亦随之增加直到电流达同步电动机的额定电流，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。c调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小直至电流达最小值，记录这时的相应数据，继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在过励和欠励范围内读取911组数据并记录于表3-2中。表3-2 n=1500rmin； U=220V；P20.5PN序号三相电流(A)励磁电流(A)输入功率（W）IAIBICIIfPIPIIP12345 表中 I = (IA + IB + IC)3 P = P+ P4测取三相同步电动机的工作特性a按1方法异步起动同步电动机，按3方法改变负载电阻，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算： P2 = 0.105nT2 式中 n电机转速，rmin； T2由直流发电机的电枢电流转矩表读出，Nmb同时调节同步电动机的励磁电流使同步电动机输出功率达额定值时，且功率因数为1。c保持此时同步电动机的励磁电流恒定不变，逐渐减小负载, 使同步电动机输出功率逐渐减小直至为零，读取定子电流、输入功率、功率因数、输出转矩、转速，共取67组数据并记录于表3-3中。表3-3 U=UN=220V； If= A； n=1500rmin序号同 步 电 动 机 输 入同 步 机 输 出IA(A)IB(A)IC(A)I(A)PI(W)P(W)P(W)cosT2(N.m)P2(W)()123456表中 I = (IA + IB + IC)3 P = P+ P P2=0.105nT2 六实验报告1作P20时同步电动机的V形曲线I =f(If)，并说明定子电流的性质。2作P20.5倍额定功率时同步电动机的V形曲线I =f(If)，并说明定子电流的性质。3作同步电动机的工作特性曲线：I、P、cos、T2、=f(P2) 七思考题1同步电动机异步起动时先把同步电动机的励磁绕组经一可调电阻组成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕值的10倍约90欧姆，这电阻在起动过程中的作用是什么？若这电阻为零时又将怎样？2在保持恒功率输出测取V形曲线时输入功率将有什么变化？ 为什么？3对这台同步电动机的工作特性作。实验四 直流他励电动机一.实验目的1掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。2掌握直流他励电动机的调速方法。二.预习要点1什么是直流电动机的工作特性和机械特性？2直流电动机调速原理是什么？三.实验项目1工作特性和机械特性保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。2调速特性(1)改变电枢电压调速保持U=UN 、If=IfN =常数，T2 =常数，测取n=f(Ua)。(2)改变励磁电流调速保持U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(If)。(3)观察能耗制动过程四实验设备及仪器1电机教学实验台的主控制屏；2电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13C）；3可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）；4直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）；5直流他励电动机；6波形测试及开关板（NMEL-05）；7三相可调电阻900（NMEL-03）；8电机起动箱（NMEL-09）。五实验方法1他励电动机的工作特性和机械特性。实验线路如图4-1所示。U1：可调直流稳压电源。R1、Rf：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于NMEL-09。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（NMEL-06）。G：涡流测功机。IS：涡流测功机励磁电流调节，位于NMEL-13C。图4-1 直流他励电动机接线图a将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13C“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。b直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。c保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表4-1中。表4-1 U=UN=220V If=IfN= A Ka= 实验数据Ia（A）n（r/min）T2（N.m）计算数据P2（w）P1（w）（%）n（%）2调速特性（1）改变电枢端电压的调速a按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2= N.mb保持T2不变，If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia，共取7-8组数据填入表4-2中。表4-2 If=IfN= A,T2= N.mUa（V）n（r/min）Ia（A）（2）改变励磁电流的调速a直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2= N.mb保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表4-3中。表4-3 U=UN=220V，T2= N.mn（r/min）If（A）Ia（A）(3)能耗制动按图4-2接线。图4-2 直流他励电动机能耗制动接线图U1：可调直流稳压电源。R1、Rf：直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（NMEL-09）。RL：采用NMEL-03中两只900电阻并联。S：双刀双掷开关（NMEL-05）。a将开关S合向“1”端，R1调至最大，Rf调至最小，起动直流电机。b运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。c重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。d选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。六注意事项1直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。2直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。3测量前注意仪表的量程及极性，接法。七实验报告1由表4-1计算出 P2和，并绘出n、T2、=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。电动机输出功率P2=0.105nT2式中输出转矩T2 的单位为Nm，转速n的单位为rmin。电动机输入功率P1=UI电动机效率=100电动机输入电流I =Ia +IfN由工作特性求出转速变化率：n= 1002绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。3能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？八思考题1他励电动机的速率特性n=f(Ia)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？2当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？3当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？4他励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？ 实验五 交流伺服电机实验一实验目的1掌握用实验方法配圆磁场。2掌握交流伺服电动机机械特性及调节特性的测量方法。二预习要点1为什么三相调压器输出的线电压Uuw与相电压Uvn在相位上相差90？2二相交流伺服电动机在什么条件下可达到圆形旋转磁场？3对交流伺服电动机有什么技术要求？在制造与结构上采取什么相应措施。4交流伺服电动机有几种控制方式？5何为交流伺服电动机的机械特性和调节特性。三实验项目1观察伺服电动机有无“自转”现象。2测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性。3用实验方法配堵转圆形磁场4测定交流伺服电动机采用幅值相位控制时的机械特性和调节特性。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）；2电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）；3交流伺服电机M13；4三相可调电阻90（MEL-04）； 5波形测试及开关板（MEL-05）； 6单相调压器（MEL-08或单配）；7电机电容箱；8万用表；9示波器。五实验方法实验线路见图5-1。图5-1 交流伺服电机幅值控制接线图图中，交流伺服电机采用M13，额定功率PN=25W, 额定控制电压UN=220V，额定激磁电压UN=220V，堵转转矩M=3000g.cm,空载转速=2700 r/min。隔离变压器输出的固定电压（V相调压器的输入电压）UVN接至交流伺服电机的励磁绕组。三相调压器输出的线电压Uuw经过开关S（MEL05）接交流伺服电机的控制绕组。G为测功机，通过航空插座与MEL13相连。1观察交流伺服电动机有无“自转”现象测功机和交流伺服电机暂不联接（联轴器脱开），调压器旋钮逆时针调到底，使输出位于最小位置。合上开关S。接通交流电源，调节三相调压器，使输出电压增加，此时电机应启动运转，继续升高电压直到控制绕组Uc=127V。待电机空载运行稳定后，打开开关S，观察电机有无“自转”现象。将控制电压相位改变180电角度，观察电动机转向有无改变。2测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性（1）测定交流伺服电动机a=1（即Uc=UN=220V）时的机械特性把测功机和交流伺服电动机同轴联接，调节三相调压器，使Uc=Ucn=220V，保持Uf、Uc电压值，调节测功机负载，记录电动机从空载到接近堵转时的转速n及相应的转矩T并填入表5-1中表5-1 Uf=UfN=220V Uc=Ucn=220Vn(r/min)T(N.m）（2）测定交流伺服电动机a=0.75（即Uc=0.75UN=165V）时的机械特性调节三相调压器，使Uc=0.75Ucn=165V，保持Uf、Uc电压值，调节测功机负载，记录电动机从空载到接近堵转时的转速n及相应的转矩T并填入表5-2中表5-2 Uf=UfN=220V Uc=Ucn=220Vn(r/min)T(N.m）（3）测定调节特性保持电机的励磁电压Uf=220V，测功机不加励磁。调节调压器，使电机控制绕组的电压Uc从220V逐渐减小至到0V，记录电机空载运行的转速n及相应的控制绕组电压Uc，并填入表5-3中表5-3 Uf=UfN=220V T=0N.mn(r/min)T(N.m)仍保持Uf220V，调节调压器使Uc为220V，调节测功机负载，使电机输出转矩T0.03N.m并保持不变，重复上述步骤，记录转速n及相应控制绕组电压Uc并填入表5-4中。表5-4 Uf=Ufn=220V T=0.03N.mn(r/min)Uc(V)3用实验方法配堵转园磁场图5-2 交流伺服电机幅值-相位控制接线图实验线路见图5-2。A1、A2选用交流电流表0.75A档。V1、V2、V3选用交流电压表300V档。R1、R2选用MEL04中90并联90共45阻值，并用万用表调定在5阻值。可变电容选用电机电容箱，位于下组件。调压器T2选用MEL08或单配。示波器两探头的地线应接N线，X踪和Y踪幅值量程一致。a使电机堵转。b接通交流电源，调节T1、T2使V1、V2电压指示为220V。c改变电容Cf（约为4Uf），使A1、A2电流接近相等，示波器显示的两个电流波形相位相差90（或Y2改接X端子，示波器显示为园图）。4测定交流伺服电动机采用幅值相位控制时的机械特性和调节特性1）测定机械特性接线仍如图5-2所示。接通交流电源，调节调压器T1，使V1指示为127V。调节T2使V2指示为220V。保持V1、V2值不变，改变测功机负载，记录电机从空载到接近堵转时的转速n及转矩T并填入表5-5中.表5-5 U1127 U2220Vn(r/min)T(N.m)调节T2使Uc0.75Ucn165V，重复上述实验，记录电机转速n及转矩T并填入表5-6中。表5-6 U1127V U2165VN(r/min)T(N.m)2）测定调节特性调节调压器T1，使U1127V。调节调压器T2，使U2220V。调节测功机负载使电机输出转矩T0.03N.m，保持U1127V及T0.03N.m不变，逐渐减小Uc值，记录电机转速n及控制绕组电压Uc并填入表5-7中。表5-7 U1127V T0.03N.mn(r/min)Uc(V)使测功机和交流伺服电机脱开，调节U1127V，调节U2220V，逐渐减小Uc值，记录电机空载转速n及电压Uc并填入表5-8中。表5 U1127V T0N.mn(r/min)Uc(V)六实验报告1根据幅值控制实验测得的数据作出交流伺用电动机的机械特性n=f(t)和调节特性n=f(Uc)曲线。2根据幅值相位控制实验测得的数据作出交流伺服电动机的机械特性n=f(T)和调节特性n=f(Uc)曲线。3分析实验过程中发生的现象。实验六 直流伺服电机实验一实验目的1通过实验测出直流伺服电动机的参数ra、。2掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。二预习要点1对直流伺服电动机有什么技术要求。2直流伺服电动机有几种控制方式。3何隅直流伺服电动机的机械特性和调节特性。三实验项目1用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻ra 。2保持Uf=UfN=220V，分别测取Ua =220V及Ua110V的机械特性n=f(T)。3保持Uf=UfN=220V，分别测取T20.8N.m及T20的调节特性n=f(Ua)。4测直流伺服电动机的机电时间常数。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）；2电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）；3直流并励电动机M03（作直流伺服电机）；4220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）；5三相可调电阻900（MEL-03）；6三相可调电阻90（MEL-04）；7直流电压、毫安、安培表（MEL-06）；图6-1 测电枢绕组直流电阻接线图8波形测试及开关板（MEL-05）。五实验说明及操作步骤1用伏安法测电枢的直流电阻ra接线原理图见图6-1。U：可调直流稳压电源。R：1800磁场调节电阻（MEL-03）。V：直流电压表（MEL-06）。A：直流安培表（MEL-06）M：直流电机电枢（1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压表量程选为300V档，直流安培表量程选为2A档。（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表6-1。取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=。表6-1 室温 序号UM（V）Ia（A）R（）Raref（）1Ra1Ra2Ra23Ra3表中Ra=（Ra1+Ra2+Ra3）/3（3）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：Raref=Ra 式中Raref换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（）Ra 电枢绕组的实际冷态电阻。（）ref基准工作温度，对于E级绝缘为75。a 实际冷态时电枢绕组的温度。（）2测直流伺服电动机的机械特性实验线路如图6-2所示。R1：180W电阻（MEL-04中两只90W相串联）。Rf：900W电阻（MEL-03中两只900W相串联）。R2：采用MEL-03最上端900W电阻，为电位器接法。开关S选用MEL-05。M：直流伺服电动机M03。G：涡流测功机。IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。V1：可调直流稳压电源自带电压表。V2：直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06。A：可调直流稳压电源自带电流表。mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。a操作前先把R1置最大值，Rf置最小值，R2逆时针调到底，使UR3R4的电压为零，并且开关S断开。测功机的的励磁电流调到最小。b先接通直流电机励磁电源。c再接通直流稳压电源，电机运转后把R1调到最小值，调节电枢绕组两端的UaUN220V并保持不变。图6-2 直流伺服电动机接线图d调节测功机负载，使电机输出转矩增加，并调节Rf，使n=1600r/min，IaIaN，此时电机励磁电流为额定电流。保持此额定电流不变，调节测功机负载，记录空载到额定负载的T、n、Ia，并填入表6-2中。表6-2 Uf=UfN=220V Ua=UN=220VT(Nm)n（r/min）Ia(A)e调节直流稳压电源，使Ua=0.5UN=110V，重复上述实验步骤，记录空载到额定负载的T、n、Ia，并填入表6-3中表6-3 Uf=UfN=220V Ua=0.5UN=110VT(N.m)n(r/min)Ia(A)3测直流伺服电动机的调节特性按上述方法起动电机，电机运转后，调节电动机轴上的输出转矩T0.8N.m，保持该转矩及IfIfN不变，调节直流稳压电源（或R1阻值）使Ua从UN值逐渐减小，记录电机的n、Ua、Ia并填入表6-4中。表6-4 Uf=UfN=220V T=0.8N.mn(r/min)Ua(V)Ia(A)使电动机和测功机脱开，仍保持IfIfN，在电机空载状态，调节直流稳压电源（或R1阻值），使Ua从UN逐渐减小，记录电动机的n、Ua、Ia并填入表6-5中。表6-5 Uf=UfN=220V T=0N.mn(r/min)Ua(V)Ia(A)3测空载始动电压操作前先把R1置最小值，Rf置最小值，R2顺时针调到底，使UR2R3的电压为零，并且开关S闭合。断开测功机的励磁电流。启动电机前先接通励磁电源，调节Uf=220V，再接通电枢电源，调节R2使输出电压缓慢上升，直到转轴开始连续转动，这时的电压为空载始动电压Ua。正反二个方向各做三次，取其平均值作为该电机始动电压，将数据记录于表6-6。表66次数123平均正向Ua（V）反向Ua（V）六实验报告1根据实验记录，计算75时电枢绕组电阻ra75数值；Ke、Kt等参数。2根据实验测得的数据，作出电枢控制时电机的机械特性n=f(t)和调节特性n=f（Ua）曲线。并求出电机空载时的始动电压。3分析实验数值及现象。实验七 步进电动机实验一实验目的1加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况。2步进电动机基本特性的测定。二预习要点1了解步进电动机的驱动电源和工作情况2步进电动机有基本特性？怎样测定？三实验项目1单步运行状态。2角位移和脉冲数的关系。3空载实跳频率的测定。4空载最高连续工作频率的测定。5转子振荡状态的观察。6定子绕组中电流和频率的关系。7平均转速和脉冲频率的关系。8矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定。四实验设备及仪器1MEL系列电机教学实验台主控制屏；2电机导轨及测功机（MEL-B、MEL-14）；3步机电机驱动电源（MEL-10）；4步进电机M10；5双踪示波器；6直流电流表（MEL-06或含在主控制屏）。五实验方法及步骤1驱动波形观察a合上控制电源船形开关，分别按下“连续”控制开关和“正转/反转”、“三拍/六拍”，“启动/停止”开关，使电机处于三拍正转连续运行状态。b用示波器观察电脉冲信号输出波形（CP波形），改变“调频”电位器旋钮，频率变化范围应不小于5HZ1KHZ，可从频率计上读出此频率。c用示波器观察环形分配器输出的三相A、B、C波形之间的相序及其与CP脉冲波形之间的关系。d改变电机运行方式，使电机处于正转、六拍运行状态，重复C的实验。（注意，每次改变电机运行，均需先弹出“启动/停止”开关，再按下“复位”按钮，再重新起动。）e再次改变电机运行方式，使电机处于反转状态，重复C的实验。2步进电机特性的测定和动态观察图6-2 步进电机实验接线图按图6-1接线，注意接线不可接错，测功机和步进电机脱开，且接线时需断开控制电源。a单步运行状态接通电源，按下述步骤操作：按下“单步”琴键开关，“复位”按钮，“清零”按钮，最后按下“单步”按钮。每按一次“单步”按钮，步进电机将走一步距角，绕组相应的发光管发亮，不断按下“单步”按钮，电机转子也不断作步进运行，改变电机